基于深度过冷共晶相变材料的电池热管理研究

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为了减少能源消耗,改善环境污染等问题,新能源汽车已经大量普及,但在冬季低温环境下,新能源汽车面临着电池容量衰减严重,放电电压过低等问题。为了能够给电池组冷启动时低温预热,本文通过熔融共混法制备出一种新型的三元共晶复合相变材料,通过相变的方法将热量储存起来,相变储能凭借其相变潜热值高、相变温度范围广、相变温度恒定等特点被广泛关注。尽管对于大部分无机相变材料,在相变过程会出现相分离及过冷等现象,限制了相变材料的工程应用。而本文根据三元相图的理论分析、利用无机相变材料的大过冷以及共晶低熔点特性,选取并制备出以三水醋酸钠-五水硫代硫酸钠-去离子水为代表的大过冷三元低共熔相变材料,将多种单组分材料通过复合方法制备出复合相变材料能够明显提升其热物性。对制备出的共晶相变材料进行物性表征和低温实验研究,筛选出能够在低温环境下,维持大过冷及过冷稳定的共晶相变材料。本文通过前期实验制备出的共晶相变材料置于动力电池包中,进行低温放电测试。制备的共晶相变材料通过吸收电池放电过程产生的热量后进行液态低温储存。实验选择商用18650型动力锂电池,设计加工蜂巢式铝合金外盒,保证电池组在不同放电倍率下,能够最大程度将热量传递给相变材料。电池容量测试仪对电池组进行不同温度下恒流恒压充放电测试,结果表明在-20℃环境中,首先通过添加成核中心的方式可控触发相变材料触发放热,提升电池组电池温度从-20℃提升至0℃,然后进行不同放电倍率下1C、2C、3C电池组的放电过程。相变后电池组的最大温升速度为2K/min,并能够提升电池放电功率6.8%,而且本实验还简单模拟了夏季高温时,此共晶相变材料能够进行良好的循环降温作用且不发生相变。因此利用共晶相变材料的大过冷度特性能够为新能源汽车电池热管理方向未来提供一定参考。
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